結論

研究者根據虛擬實驗設計歷程的技術層面資料，及使用者試驗操作與問卷調 查的結果提出下列之結論。

一、 利用虛擬實境的環境建置大學普通物理實驗教材以進行教學是可行性的 (一) 本研究所使用3ds Max及Virtools兩套軟體，是目前建築、製造、娛樂

及遊戲等產業中應用廣泛的三維空間開發工具軟體。但如本研究運用 其3D建模及虛擬實境的特性來製作物理實驗教材的例子卻是鮮少。本 研究的三項擬真實驗項目，在設定於貼近理論的情境條件之下，經由 兩階段測試結果顯示，三項主題實驗的實驗平均加速度與理論值之間 的百分誤差皆低於3％。

(二) 修正後的虛擬實驗室，經問卷調查得知(表5-3-11)，在三十二位使用 者當中，有75％的使用者認為本實驗室的環境擬真性是適切的，更有 高達97％使用者認為本虛擬實驗室的實驗模擬設計構想是恰當的，且 有87％使用者覺得本虛擬實驗室可以輔助學生於普通物理實驗課程的 學習。此外在引起使用者學習動機方面，第一階段四十一位受測試後

接受問卷調查的使用者中，有71％的使用者認為本實驗可以提升學生 在普通物理實驗課程上的學習動機，同樣的從第二階段試驗後的「操 作介面」(表5-3-12)及「學習動機」(表5-3-13)問卷結果也可得知，

75％的使用者認為本虛擬實驗可以提升學生在普通物理實驗課程上的 學習動機，另外84％使用者則認為運用本虛擬實驗教材進行物理實驗 是有趣的。

(三) 本研究於兩次測試過程中所使用的電腦硬體內容，以及頻寬條件皆為 當前普及化的設備，在虛擬實驗執行時的流暢度皆符合預期，且藉由 數位化操作學習，不受時間與空間因素限制，可極為便利的隨時進行 實驗測試。另在第二階段的問卷調查得知，使用者當中的84％認為本 虛擬實驗室比傳統實驗室的實驗「操作方式」是更有效率的。

綜合以上論述，從虛擬實驗設計歷程及實驗結果的推論，還有使用者對於實 驗操作後評價多予以正面肯定，再加上本實驗結果的精確性及環境擬真性合乎原 先設計構想中的預期，因此在未來物理虛擬實驗教材的開發上是具可嘗試性及可 行性的。

二、 透過模組的運用及參數設定，可設計多樣真實情境而得到不同的實驗結果 物理虛擬實驗試驗時，電腦硬體的配備層級會導致滑車滑動，是否產生畫格 的延遲而影響實驗結果。此外在物理虛擬環境建置過程中，Virtools模組程式的 應用與編修物件導向的行為流程，是本實驗能否設計完成的主要因素，當中尤以 physics模組最為關鍵，因其模組的參數內容可以設定各種不同情境下的狀況，

如摩擦係數、線性阻尼因素、彈性係數、重力加速度等，能配合真實情境所需要 的條件要求，這樣的軟體特性也是建置虛擬實驗的優勢之ㄧ。此屢次的試驗產生 不一的實驗結果，會讓操作者感受到猶如過去真實實驗的經驗。而本研究所模擬 境則以接近理論環境為參數設定的方向，在儘量降低電腦硬體及頻寬環境的影響

程度下，讓受測試的使用者進行實驗操作。

三、 虛擬實驗適合成為傳統物理實驗教學之輔助教材

根據第五章第三節第二階段試驗結果與分析的小結討論，虛擬實驗適合成為 傳統物理實驗教學之輔助教學，因「教材內容」的問卷結果分析，對於本虛擬實 驗室教材可以取代傳統物理實驗室教材，有近53％表不同意或無意見；另認為利 用本虛擬實驗教材學習比傳統實驗教材更具有學習成效，有58％使用者表普通或 不同意，此兩項調查選項，相對於其他題目的問卷題目，有較高不同意或表普通 的意見結果。使用者覺得本虛擬實驗室可以輔助學生於普通物理實驗課程的學 習，有87％的使用者同意或非常同意，且無使用者表達不同意。

因此使用者對虛擬實驗室取代傳統實驗會懷著存疑想法或認為不適切，但是 虛擬實驗室教材若處於輔助學習的角色，使用者多會給予肯定與認同。

四、 虛擬實境實驗室設計時所遭遇到的難題與解決之道

本研究在第五章第二節探討過初試後虛擬實驗室的修正與檢討，再綜合第二 階段試驗後的結果，對於本虛擬實驗設計過程所面臨難題及心得統整如下。

(一) 3D 物件建模能力：

本研究利用 3ds Max 軟體對虛擬實驗的物件建模。若對於 3ds Max 軟體 的操作習性不熟悉，在建模時是將會需要更多時間摸索，研究者於物件建模 及物件的材質處理過程中得考量物件仿真的真實性，且在數位化過程中，因 研究者對此軟體的使用尚待熟練的關係下，建模過程中碰上許多難題，研究 者除了從參考的資料與請教專家下逐一解決外，也試圖修改或簡化預先規劃 的物件模型樣式著手。

(二) 建構模組 (Building Block ) 應用及行為流程設計的難題：

在本研究共應用三十六個建構模組(BB)，四個 physics 物理化模組。雖 然 Virtools 動畫整合軟體提供了直覺式圖形開發介面，但模組的應用與行為

流程的編修牽涉到複雜的技術層面問題，並非一蹴可及，尤其研究者遇到較 高階或複雜的物件導向行為編程，雖藉由書籍參考、網路論壇的平台支援及 請教專業人士，研究者才能盡可能完成預先的實驗規劃構想，但難免會遇上 瓶頸，在無法克服的情況下，被迫放棄或修正虛擬實驗室的設計流程及構思。

(三) 虛擬情境的擬真性與實驗結果的真實性：

由本虛擬實驗的設計過程得知，欲提升實驗室的情境擬真性需要顧慮兩 個層面因素，一為提生建模物件的網面(Mesh)數量且材質貼圖富質感，二為 多增加實驗場景的動態與靜態模擬。雖然物件網面提升及選擇高質感的材質 會提高物件的擬真性卻也使物件的檔案過大，而造成執行各物件效果的時間 總和增加，使實滑車移動時會有延遲現象而產生較大百分誤差的實驗結果。

此外若是為了模擬更多動態與靜態的場景來增加情境的擬真性，例如本研究 中，初測後的修正之ㄧ即是所有的物件在地板產生倒影，這時同樣需考慮此 擬真的狀態在執行的過程，執行物件動畫所額外增加的時間支出，導致產生 滑車延遲現象，而影響實驗結果的真實性。因此過於強調環境的擬真性，會 影響實驗結果的真實性，因為決定實驗結果並不是單單物理虛擬實驗中 physics 模組的參數設定，外在電腦硬體設備及實驗室物件、場景本身條件 也是影響原因之一。

(四) 虛擬實驗室環境規劃能力：

如何規劃實驗內容並以虛擬實境的的模擬方式呈現，是著手設計實驗前 必須完成首要步驟，以本實驗室的三項實驗主題為例，內容規劃便是仿傳統 物理實驗室的牛頓第二運動定律實驗，藉由專業軟體將傳統實驗虛擬實境 化、數位化。歷程中需要針對實驗內容如何規劃妥當？數位化的可行性？如 何呈現？運用到哪些物件？設計軟體能否支援？……等因素充分考慮並在研 究過程中逐步修正，才能使研究結果臻至完善。

五、 研究者在虛擬實驗室建置歷程中的專業成長 (一) 在虛擬實驗室的設計方面：

藉由傳統物理實驗室的數位化虛擬建置過程，研究者學習到3ds Max及 Virtools軟體的應用及製作，在整個研究過程當中經由實驗的設計、測試、

修正、再測試、檢討等步驟，以檢視成效來改善虛擬實驗室的設計，對於虛 擬實境概念及設計能力方面有相當大的提升，也促使研究者具備虛擬實驗室 開發基本能力。

(二) 在研究能力的提升方面：

研究者透過軟體的學習、文獻的蒐集、測試與問卷資料的彙整、編碼、

整理與分析後做深入的反省與檢討，從研究過程中不斷的反省、發現問題、

提出解決問題策略並付諸行動，以獲得研究上實質的改善，這樣的研究流程 也提升了研究者於研究上的能力。

六、 建立物理虛擬實驗開發的設計流程

從本研究的研究歷程，研究者試著找尋一套建置虛擬實驗室的可行性流程，

從選擇欲虛擬實境化的實驗、確定實驗的內容規劃與可行性、3D物件建模、模型 匯入Virtools、建構模組(BB)應用與行為流程編修，3D互動實驗室匯出。此設計 流程程序，可為欲設計虛擬實驗室的研究者一個研究設計流程準則的參考依據。